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六方氮化硼

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六方氮化硼
六方氮化硼 性质
六方氮化硼 用途与合成方法
概述六方氮化硼(hexagonal BN,hBN),有着"白色石墨"之称,其结构与石墨相似,表观为白色,并且它在各个方面,都表现出了优良的性质。氮化棚的能带间隙为5~6eV晶格参数a=2.054A,c=6.652A,控制B、N元素的排列顺序、层数、手性性质能得到多种同素异形体结构。六方氮化硼按照ABAB…顺序排列,是一种类石墨的层状结构。氮化硼拥有和碳材料相似的结构,如石墨巧、金刚石、富勒烁、碳纳米管等,它具有良好的导热性、耐氧化性、耐髙温性及良好的机械强度等,并且相对碳材料拥有直接带隙跃迁和髙介电性。
晶格图
图1 为六方氮化硼的晶体结构图。
简介纳米尺寸的六方氮化棚己经应用到很多更深远的领域,通过向导电胶粘剂和静电纺丝法,所制得的高分子聚合物中添加六方氮化棚纳米材料改善复合材料的性能,结果表明,氮化棚纳米颗粒可很好地提商导电胶粘剂的导热系数,并有效地増加了复合材料纤维的机械性能,而氮化棚纳米颗粒能起到这样的作用,主要是通过填充导热通道和复合材料纤维的缝隙,来改善有机无机复合材料的各方面性能。因为很多情况下,氮化棚纳米颗粒在应用到复合材料中需要与溶剂混合,为了防止氮化棚纳米颗粒因易团聚而不能在复合材料中发挥应有的作用,我们需要提高氮化棚在溶剂中的分散性及稳定性。因此,合成并生产具有良好的分散性的氮化棚纳米材料是非常必要的。
合成氮化棚纳米材料的各种优异性能,科学界对其进行了大量的研巧,在不断的摸索探巧阶段,氮化棚纳米材料的合成方法越来越多样化。因此,实验室合成氮化畑纳米材料的制备方法,大致分为下几种:化学气相沉积法、高温热解法、模板法、机械球磨法、溶剂热法、离温髙压法、脉冲激光法等。
表征方法扫描电子(SEM)对于不同合成条件下所制备的氮化棚样品的形貌、颗粒大小通过扫描电子显微镜进行表征与分析。制样,用扫描电镜在20千伏的电压下,对样品进行微观成像,观测所得到的样品的微观形貌。
扫描电镜图
图2 为六方氮化硼的SEM图。
X射线衍射(XRD)通过对材料进行X射线衍射,并将衍射谱图与标准物质卡片对照,研巧固体粉末的成分、对材料的晶型进行分析确定样品的物质名称和物质晶相。将实验所得最终固体粉末经研磨之后,经压片或者将样品倒入测试模具当中用盖玻片压平测量其衍射图谱。所得到的XRD图谱通过专业软件与标准物质卡片进行比对,确定最终产物。
X射线衍射图
图3 为六方氮化硼的X射线衍射图。
傅里叶红外光谱分析(FTIR) 为了进一步的确定产品是否为氮化棚,我们将微量的固体粉末样品与混合研磨均匀后,在压片机经15 MPa压力压片处理后,通过傅立叶红外光谱分析仪分析样品对应其中红外区域(4000~400 cm-1)所得的谱图,通过对照测试所得红外吸收峰的位置和吸收峰的峰型,分析样品当中的基团的振动情况,确定最终产物。
傅里叶红外光谱图
图4 为六方氮化硼的傅里叶红外光谱图。
现状二维层状六方氮化硼由于其特殊的结构特征和晶格参数得到了科研界相关课题研究学者的关注。然而,二维层状六方氮化硼纳米片由于其类似于石墨烯的结构特征参数,虽然也引起了科研界的关注,但却未能像石墨烯那样得到广泛而深入的研究。这主要是因为二维层状六方氮化硼纳米片自身区别于石墨烯的一些特性导致。首先,六方氮化硼是一种宽带隙绝缘材料,带隙约为要选择一种合理恰当的方法使制得的六方氮化硼的带隙尽可能小,或通过其它方法使六方氮化硼的带隙减小是一个难题;其次,已有研究报道指出,减小六方氮化硼纳米片的层数,并且对少层六方氮化硼纳米材料进行复合掺杂改性能够有效地解决上述问题,但是六方氮化硼键之间不仅有共价键的作用,还有一部分离子键的特征,即相邻氮化硼层间独特的作用。最重要的是,即使六方氮化硼的带隙结构能够通过适当的方法得到调整,但寻找一种合适的手段对改性后的六方氮化硼纳米片的电学性能进行分析测试研究也是一个、未能广泛涉及的问题。这三个主要问题就导致了人们对具有潜在应用价值的六方氮化硼纳米材料深入研究的假设,但却未能对其进行广泛的探索。如果上述问题都能够得到有效的解决,二维层状六方氮化硼纳米片将会是一种优异的新材料,在电子器件方面有很大的发展空间。
参考文献[1]王晓冰. 六方氮化硼、硼碳氮材料的制备与表征[D].北京化工大学,2016.
[2]段小明,杨治华,王玉金,陈磊,田卓,蔡德龙,贾德昌,周玉. 六方氮化硼(h-BN)基复合陶瓷研究与应用的最新进展[J ].,2015,34(10):770-782. 
[3]何冬青,梁嘉鸣,梁兵. 六方氮化硼颗粒制备方法研究进展[J]. 材料导报,2015,29(09):92-96.  
[4]薛雅芳. 六方氮化硼和石墨的剥离、改性及性能[D].东华大学,2013.
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